以2系、7系铝合金为代表的高强铝合金及其复合材料是航空航天和装备轻量化的关键材料，具有不可替代性，但较差的耐蚀性是制约其应用的世纪难题。如何设计开发出兼具高强度和高耐蚀性的铝合金或其复合材料是目前国内外学术界和工业界的关注热点和研究难点，对于装备的轻量化发展具有重要意义。

近期，中国科学院金属研究所自然环境腐蚀研究部郑玉贵研究员团队提出了基于“内生沉淀剂”的耐蚀金属材料设计新思路，与材料制备与加工研究部马宗义研究员团队合作，制备出具有优异耐蚀性能的超高强7系铝基复合材料。该项研究成果近日以“Nature-inspired Incorporation of Precipitants into High-strength Bulk Aluminum Alloys Enables Life-long Extraordinary Corrosion Resistance in Diverse Aqueous Environments”为题在Advanced Materials期刊上发表（2024，DOI: 10.1002/adma.202406506）。王政彬项目研究员和杨杰博士研究生为论文共同第一作者，郑玉贵研究员、马宗义研究员和成会明院士为论文共同通讯作者。

受鱼类在受到外部刺激时会通过腺体自发分泌粘液来进行自我保护的自然现象启发，王政彬提出了“内生沉淀剂为粘液，中空碳纳米管为腺体，毛细作用为分泌驱动力”的仿生设计策略，成功制备出高强高耐蚀的块体7075铝基复合材料，抗拉强度高达~700 MPa，耐晶间腐蚀、剥落腐蚀和应力腐蚀性能优异，其强度和耐蚀性的综合匹配超过了目前公开报道的其他铝合金（图1）。该材料在酸、碱、盐环境中均具有极低的腐蚀速率（图2），在强腐蚀性碱性介质中的腐蚀速率甚至比最耐蚀的纯铝还低133倍。优异的耐蚀性主要是因为毛细作用诱导沉淀剂自发从碳纳米管中溶出并在表面富集，形成保护性膜层（图3）。运用上述仿生策略同样研制出了兼具高强高耐蚀的2024以及6061铝基复合材料，表明该策略具有可拓展性，有望能研发出其他高强高耐蚀金属材料。

该项工作得到了金属所创新基金重点项目、中国科学院青促会、中国科协青年人才托举工程和国家自然科学基金的资助。

图1. 高强高耐蚀7075铝基复合材料优异的耐晶间腐蚀、剥落腐蚀和应力腐蚀性能

图2. 高强高耐蚀7075铝基复合材料优异的耐强酸性、中性和强碱性介质腐蚀性能

图 3. 高强高耐蚀7075铝基复合材料的耐蚀机制

 

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关键词： 铝合金 耐蚀